直于電流方向并指向圓平面中心的磁場中產(chǎn)生垂直于圓平面兩個方向相反的洛倫茲力，使得旋轉(zhuǎn)體2繞自身軸線轉(zhuǎn)動。同理，另一對相對安裝的線圈組3在電流11和磁場的共同作用也會使得旋轉(zhuǎn)體2繞另一軸線轉(zhuǎn)動。上述兩個旋轉(zhuǎn)運動可合成一個新的旋轉(zhuǎn)運動。[0021 ] 本實施例中，上述永磁體支撐套6的外表面均布設(shè)有若干安裝槽，若干永磁體5固定在永磁體支撐套6所設(shè)的安裝槽上；上述永磁體支撐套6的外表面為圓弧面，永磁體支撐套6設(shè)有的安裝槽為圓弧面安裝槽，永磁體5也做成表面為圓弧面的永磁體板，圓弧面的永磁體5裝設(shè)在永磁體支撐套6設(shè)有的圓弧面安裝槽上。
[0022]永磁體5的作用是產(chǎn)生方向指向旋轉(zhuǎn)體2幾何中心的磁場，使得磁場方向與線圈組3上通過的電流11的方向相垂直。
[0023]上述線圈的工作電流輸入分別控制，能夠?qū)崿F(xiàn)多種控制方式和運動方式。
[0024]上述旋轉(zhuǎn)體外表面與球形軸承的內(nèi)圈間隙配合，依靠球形軸承的滾珠來實現(xiàn)相對運動，降低摩擦力。
[0025]上述球形軸承的外圈與永磁體支撐套內(nèi)圈間隙配合，依靠球形軸承的滾珠來實現(xiàn)相對運動，降低摩擦力。
[0026]上述永磁體為表面為圓弧面的永磁體板；永磁體支撐套的表面為圓弧面，永磁體支撐套表面均布開有通槽，永磁體固定在永磁體支撐套的通槽上。
[0027]本發(fā)明的工作原理如下:在每一個圓平面內(nèi)，相對安裝的線圈組3通過的經(jīng)導線10傳遞的電流11的方向相同，在垂直于電流方向并指向圓平面中心的磁場中產(chǎn)生垂直于圓平面兩個方向相反的洛倫茲力，使得旋轉(zhuǎn)體2繞自身軸線轉(zhuǎn)動。同理，另一對相對安裝的線圈組3在電流11和磁場的共同作用也會使得旋轉(zhuǎn)體2繞另一軸線轉(zhuǎn)動。上述兩個旋轉(zhuǎn)運動可合成一個新的旋轉(zhuǎn)運動。
[0028]機器人手臂的動作原理是:固定機器人基座15，若干旋轉(zhuǎn)電機14串聯(lián)，相鄰旋轉(zhuǎn)電機14之間的所有關(guān)節(jié)都已安裝好，通過控制每一臺旋轉(zhuǎn)電機14的姿態(tài)，即控制每一個關(guān)節(jié)點的空間運動軌跡，實現(xiàn)對機器人手臂末端的鉆頭16以三維空間姿態(tài)的控制。
[0029]對旋轉(zhuǎn)電機14的控制，通過控制線圈組組件的導線10輸入輸出，從而能夠控制電流11的方向，線圈組3的工作原理如圖9所示:若分別控制線圈組31與線圈組32的導線10的輸入、輸出保證電流方向0CB0、0BA0，同樣方法使得線圈組33、34的電流方向為O⑶0、0DA0，該平面的線圈組組件在磁場作用下產(chǎn)生電磁力，進而使得旋轉(zhuǎn)體2獲得OA軸方向的旋轉(zhuǎn)力矩，旋轉(zhuǎn)體2繞OA軸旋轉(zhuǎn)。同理，改變電流方向可以獲得其他的旋轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生其他方向的運動。
[0030]同時，若是控制線圈組31與線圈組32的導線1的輸入、輸出使得電流方向OCBO、0ΒΑ0，同樣方法線圈組33、34的電流方向為0DC0、0AD0，該平面的線圈組組件在磁場作用下產(chǎn)生電磁力，兩邊力矩相反，控制好電流大小可以起到抱死作用。
[0031]另外兩個平面的線圈組組件也可以產(chǎn)生繞OA軸的旋轉(zhuǎn)力矩，這樣可以獲得很大的力矩，加速度增大，響應(yīng)也加快。
[0032]本發(fā)明通過控制旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)3維空間對關(guān)節(jié)機器人三維空間任意姿態(tài)的控制，極大的擴大了機器人運動和控制范圍。降低機器人制造成本、簡化機器人整體結(jié)構(gòu)，且減輕機器人手臂的負荷。此外，通過控制旋轉(zhuǎn)電機內(nèi)部并聯(lián)的工作線圈電流，扭矩輸出大、機器人手臂響應(yīng)快，且控制可靠，可刪減安裝在機器人關(guān)節(jié)上的精密減速器，以此進一步降低機器人制造成本、簡化機器人整體結(jié)構(gòu)，且減輕機器人手臂的負荷。
【主權(quán)項】
1.一種多自由度關(guān)節(jié)機器人手臂，其特征在于包括有旋轉(zhuǎn)電機及機器人基座，其中旋轉(zhuǎn)電機包括有電機機座、旋轉(zhuǎn)體、線圈組、電機輸出軸、永磁體、永磁體支撐套、電機機罩、導線，其中電機機座及電機機罩都設(shè)有中空腔體，電機輸出軸固定在旋轉(zhuǎn)體上，旋轉(zhuǎn)體上裝設(shè)有若干線圈組，永磁體裝設(shè)在永磁體支撐套上，旋轉(zhuǎn)體能在永磁體支撐套所設(shè)的中空腔體內(nèi)轉(zhuǎn)動，永磁體支撐套置于電機機座所設(shè)的中空腔體內(nèi)，永磁體支撐套的外表面與電機機座的內(nèi)表面接觸，電機機座與電機機罩連接，導線的一端外接電源正、負電極，另一端與旋轉(zhuǎn)體所設(shè)的線圈組相連，電機輸出軸伸出電機機罩與機器人基座連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度關(guān)節(jié)機器人手臂，其特征在于上述永磁體支撐套分有兩部分，合并呈球形，永磁體支撐套的中空腔體內(nèi)安裝球型軸承，旋轉(zhuǎn)體支承在球型軸承上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多自由度關(guān)節(jié)機器人手臂，其特征在于上述球形軸承包括有球型軸承內(nèi)圈、球型軸承外圈、球型軸承滾珠、球型軸承上部及球型軸承下部，球型軸承上部與球型軸承下部合并呈球形，球型軸承內(nèi)圈與旋轉(zhuǎn)體連接，球型軸承外圈與永磁體支撐套連接，球型軸承滾珠置于球型軸承內(nèi)圈與球型軸承外圈之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度關(guān)節(jié)機器人手臂，其特征在于上述旋轉(zhuǎn)體為球形結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)體的外表面開有環(huán)形線圈組卡槽，線圈組卡槽的幾何中心與旋轉(zhuǎn)體的幾何中心重入口 ο5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多自由度關(guān)節(jié)機器人手臂，其特征在于上述線圈組卡槽上還設(shè)有通向旋轉(zhuǎn)體的幾何中心方向的導線槽，導線通過線圈卡槽、導線槽及永磁體支撐套上所設(shè)的接線孔與電源相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度關(guān)節(jié)機器人手臂，其特征在于上述旋轉(zhuǎn)電機與機器人基座相連，旋轉(zhuǎn)電機的電機輸出軸中裝設(shè)有鉆頭。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的多自由度關(guān)節(jié)機器人手臂，其特征在于上述旋轉(zhuǎn)體上位于同一圓平面上裝設(shè)的若干線圈組中的線圈為并聯(lián)連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多自由度關(guān)節(jié)機器人手臂，其特征在于上述旋轉(zhuǎn)體上裝設(shè)的線圈組3的數(shù)量為12個，其中4個線圈組組成一個圓平面，12個線圈組組成3個圓平面，3個圓平面中兩兩互相垂直，位于同一圓平面上的4個線圈組中的線圈為并聯(lián)連接，各個圓平面中的線圈組彼此之間不連接。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多自由度關(guān)節(jié)機器人手臂，其特征在于上述旋轉(zhuǎn)體中的線圈組固定在旋轉(zhuǎn)體所設(shè)的線圈組卡槽上，線圈組的兩端與導線的一端連接。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多自由度關(guān)節(jié)機器人手臂，其特征在于上述永磁體支撐套的外表面均布設(shè)有若干安裝槽，若干永磁體固定在永磁體支撐套所設(shè)的安裝槽上；上述永磁體支撐套的外表面為圓弧面，永磁體支撐套設(shè)有的安裝槽為圓弧面安裝槽，永磁體也做成表面為圓弧面的永磁體板，圓弧面的永磁體裝設(shè)在永磁體支撐套設(shè)有的圓弧面安裝槽上。
【專利摘要】本發(fā)明是一種多自由度關(guān)節(jié)機器人手臂。包括旋轉(zhuǎn)電機及機器人基座,旋轉(zhuǎn)電機包括電機機座、旋轉(zhuǎn)體、線圈組、電機輸出軸、永磁體、永磁體支撐套、電機機罩，電機機座及電機機罩都設(shè)有中空腔體，電機輸出軸固定在旋轉(zhuǎn)體上，旋轉(zhuǎn)體上裝設(shè)有若干線圈組，永磁體裝設(shè)在永磁體支撐套上，旋轉(zhuǎn)體能在永磁體支撐套所設(shè)的中空腔體內(nèi)轉(zhuǎn)動，永磁體支撐套置于電機機座所設(shè)的中空腔體內(nèi)，永磁體支撐套的外表面與電機機座的內(nèi)表面接觸，電機機座與電機機罩連接，導線的一端外接電源正、負電極，另一端與旋轉(zhuǎn)體所設(shè)的線圈組相連，電機輸出軸伸出電機機罩與機器人基座連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、慣量小、靈活度大，且機器人手臂的制造成本低，機器人手臂響應(yīng)快，控制可靠。
【IPC分類】B25J9/06
【公開號】CN105108746
【申請?zhí)枴緾N201510487745
【發(fā)明人】羅良維, 楊春燕
【申請人】廣東工業(yè)大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月10日